JP5290382B2 - Deposition equipment - Google Patents
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Description
本発明は、成膜装置に関し、特に、微粒子化した成膜材料を堆積させて成膜する成膜装置に関する。 The present invention relates to a film forming apparatus, and more particularly to a film forming apparatus that deposits a fine film forming material to form a film.
半導体、ディスプレイおよび太陽電池などの分野で、透明導電膜が広く利用されている。透明導電膜としては、STO(チタン酸ストロンチウム)およびITO(Snドープ酸化インジウム)などの金属酸化物からなるものが主流である。透明導電膜は、一般的に、スパッタリング法、蒸着法、および、有機金属化合物を用いた有機金属化学気相成長法などを用いて成膜される。 Transparent conductive films are widely used in fields such as semiconductors, displays, and solar cells. As the transparent conductive film, those made of metal oxides such as STO (strontium titanate) and ITO (Sn-doped indium oxide) are mainly used. The transparent conductive film is generally formed using a sputtering method, a vapor deposition method, a metal organic chemical vapor deposition method using an organic metal compound, or the like.
スパッタリング法および蒸着法においては、真空プロセスで成膜するため、真空容器などの真空雰囲気を形成して維持する設備が必要となる。有機金属化学気相成長法においては、原料として用いる有機金属化合物が爆発性および毒性を有するため、機密性の高い設備が必要となる。このため、上記の成膜方法を行なうためには、高価な成膜装置が必要となる。 In the sputtering method and the vapor deposition method, since a film is formed by a vacuum process, an equipment for forming and maintaining a vacuum atmosphere such as a vacuum vessel is required. In the organometallic chemical vapor deposition method, since the organometallic compound used as a raw material has explosiveness and toxicity, a highly confidential facility is required. For this reason, in order to perform the film forming method described above, an expensive film forming apparatus is required.
そこで、従来とは異なる成膜方法としてミスト法が提案されている。ミスト法は、原料金属を溶質として含む溶媒を霧化して基板上に噴霧することによって成膜する方法である。 Therefore, a mist method has been proposed as a film forming method different from the conventional one. The mist method is a method of forming a film by atomizing a solvent containing a raw material metal as a solute and spraying it on a substrate.
ミスト法においては、大気圧で成膜することができるため、真空容器およびポンプ類などの製造設備が不要である。また、ミスト法においては有機金属化合物のような危険物質を用いないため、簡易な構成で安価な成膜装置を使用することができる。 In the mist method, a film can be formed at atmospheric pressure, so that no manufacturing equipment such as a vacuum vessel and pumps is required. In addition, since a dangerous substance such as an organometallic compound is not used in the mist method, an inexpensive film forming apparatus with a simple configuration can be used.
ミスト法を用いた薄膜形成装置を開示した先行文献として、特開平5−221613号公報(特許文献1)がある。特許文献1に記載された薄膜形成装置においては、チャンバに固定手段を固着し、この固定手段上に基板を固定し、この基板の被成膜面がチャンバの底面に向くように設定されている。ノズル口を通して下方から上方に向けて成膜材料をこの基板面に被覆する。チャンバの基板設置部の下方にガス排気手段を設けて、反応ガスを排気している。
As a prior document disclosing a thin film forming apparatus using a mist method, there is JP-A-5-221613 (Patent Document 1). In the thin film forming apparatus described in
基板上に異なる種類の膜を連続して成膜するためには、複数の成膜室を配置する必要がある。複数の成膜室を設けた場合、異なる種類のミストがそれぞれの成膜室に導入される。そのため、成膜室内に、隣接して配置された他の成膜室から異なるミストが混入することがある。この場合、基板上に形成される膜の品質が低下する。 In order to continuously form different types of films on a substrate, it is necessary to arrange a plurality of film forming chambers. When a plurality of film forming chambers are provided, different types of mist are introduced into the respective film forming chambers. Therefore, different mists may be mixed in the film formation chamber from other adjacent film formation chambers. In this case, the quality of the film formed on the substrate is degraded.
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、基板上に複数の膜を連続して高品質に成膜できる、成膜装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a film forming apparatus capable of continuously forming a plurality of films on a substrate with high quality.
本発明に基づく成膜装置は、基板を搬送経路に沿って搬送する搬送手段と、搬送経路中に並ぶように位置する複数の成膜室と、複数の成膜室のうち隣接する成膜室同士を繋ぐように搬送経路に沿ってトンネル状に位置し、複数の成膜室を順次通過する基板を取り囲んで加熱する加熱炉と、複数の成膜室の各々の内部を排気する排気手段とを備える。複数の成膜室の各々は、筐体と、この筐体内に成膜材料を微粒子化したミストを噴霧する噴霧機構とを有する。筐体は、1つの側壁に位置して排気手段と接続される排気口を有し、かつ、複数の成膜室を順次通過する基板と対向する開放部を加熱炉内に有する。ミストは、複数の成膜室の各々において、噴霧機構から開放部を通過して排気口に向けて流動する。排気手段による排気口からの排気流量は、筐体内への流入流量より大きい。 A film forming apparatus according to the present invention includes a transfer unit that transfers a substrate along a transfer path, a plurality of film forming chambers that are arranged in the transfer path, and an adjacent film forming chamber among the plurality of film forming chambers. A heating furnace that surrounds and heats a substrate passing through a plurality of film forming chambers and is positioned in a tunnel shape along the transfer path so as to connect each other; and an exhaust means that exhausts the inside of each of the plurality of film forming chambers Is provided. Each of the plurality of film forming chambers includes a housing and a spray mechanism that sprays mist obtained by forming the film forming material into fine particles in the housing. The housing has an exhaust port located on one side wall and connected to the exhaust means, and has an open portion in the heating furnace facing the substrate that sequentially passes through the plurality of film forming chambers. Mist flows from the spray mechanism through the opening to the exhaust port in each of the plurality of film forming chambers. The exhaust flow rate from the exhaust port by the exhaust means is larger than the inflow flow rate into the housing.
本発明の一形態においては、複数の成膜室の各々は、ミストを基板上に送るためのキャリアガスを導入するために筐体の1つの側壁に位置する導入口をさらに有する。上記排気流量が、噴霧機構から噴霧されるミストの流量と導入口から導入されるキャリアガスの流量との合計流量の3倍以上10倍以下である。 In one embodiment of the present invention, each of the plurality of film formation chambers further includes an introduction port located on one side wall of the housing for introducing a carrier gas for sending mist onto the substrate. The exhaust flow rate is not less than 3 times and not more than 10 times the total flow rate of the flow rate of the mist sprayed from the spray mechanism and the flow rate of the carrier gas introduced from the introduction port.
本発明の一形態においては、噴霧機構は、成膜材料を圧縮空気により微粒子化したミストを噴霧する。 In one form of this invention, a spray mechanism sprays the mist which atomized the film-forming material with the compressed air.
本発明の一形態においては、噴霧機構は、ミストを噴霧する噴霧口を各々有する複数のスプレーノズルからなる。複数のスプレーノズルの各々の噴霧口は、基板と対向し、かつ、平面視において基板の搬送方向と交差する方向に互いに間隔を置いて位置する。 In one form of the present invention, the spray mechanism is composed of a plurality of spray nozzles each having a spray port for spraying mist. The spray ports of the plurality of spray nozzles face the substrate and are spaced apart from each other in a direction intersecting the substrate transport direction in plan view.
本発明の一形態においては、成膜室は、噴霧機構から噴霧されたミストを、平面視において基板の搬送方向と交差する上記方向における基板の端部に向かわせる送風機構をさらに有する。 In one embodiment of the present invention, the film forming chamber further includes a blower mechanism that directs the mist sprayed from the spray mechanism toward the end portion of the substrate in the above-described direction intersecting the substrate transport direction in plan view.
本発明の一形態においては、送風機構は、圧縮空気を噴出する複数の噴出口を有するエアーノズルからなる。複数の噴出口は、基板と対向し、かつ、平面視において複数のスプレーノズルのうちの両端に位置するスプレーノズルの噴霧口の周囲に位置する。 In one form of this invention, a ventilation mechanism consists of an air nozzle which has a some jet nozzle which ejects compressed air. The plurality of jet nozzles are positioned around the spray nozzles of the spray nozzles that face the substrate and are located at both ends of the plurality of spray nozzles in plan view.
本発明によれば、基板上に複数の膜を連続して高品質に成膜できる。 According to the present invention, a plurality of films can be continuously formed on a substrate with high quality.
まず、薄膜太陽電池などに用いられる透明導電膜の成膜に関して、膜厚が各種性能に与える影響について説明する。 First, regarding the film formation of a transparent conductive film used for a thin film solar cell or the like, the influence of the film thickness on various performances will be described.
図14は、膜厚とシート抵抗値との関係を示すグラフである。図15は、膜厚と光透過率との関係を示すグラフである。図16は、膜厚とヘイズ率との関係を示すグラフである。図14においては、縦軸にシート抵抗値(Ω/□)、横軸に膜厚(nm)を示している。図15においては、縦軸に光透過率(%)、横軸に膜厚(nm)を示している。 FIG. 14 is a graph showing the relationship between the film thickness and the sheet resistance value. FIG. 15 is a graph showing the relationship between film thickness and light transmittance. FIG. 16 is a graph showing the relationship between film thickness and haze ratio. In FIG. 14, the vertical axis represents the sheet resistance value (Ω / □), and the horizontal axis represents the film thickness (nm). In FIG. 15, the vertical axis indicates the light transmittance (%), and the horizontal axis indicates the film thickness (nm).
なお、図14〜16においては、基板と透明導電膜との間にアルカリバリア層を設けた場合の実験データを「○」、その近似線を実線で、アルカリバリア層を設けていない場合の実験データを「×」、その近似線を点線で示している。また、図16における近似線は、各データの上限値および下限値の近似線を示している。 In FIGS. 14 to 16, the experiment data when the alkali barrier layer is provided between the substrate and the transparent conductive film is “◯”, the approximate line thereof is a solid line, and the experiment when the alkali barrier layer is not provided. Data is indicated by “x”, and its approximate line is indicated by a dotted line. Moreover, the approximate line in FIG. 16 has shown the approximate line of the upper limit of each data, and a lower limit.
図14に示すように、透明導電膜の膜厚が大きくなるに従ってシート抵抗値が小さくなっている。図15に示すように、透明導電膜の膜厚が大きくなるに従って光透過率が小さくなっている。図16に示すように、透明導電膜の膜厚が大きくなるに従ってヘイズ率が大きくなっている。シート抵抗値においては、透明導電膜の膜厚が同一であってもアルカリバリア層の有無により差が認められた。 As shown in FIG. 14, the sheet resistance value decreases as the film thickness of the transparent conductive film increases. As shown in FIG. 15, the light transmittance decreases as the film thickness of the transparent conductive film increases. As shown in FIG. 16, the haze rate increases as the film thickness of the transparent conductive film increases. In the sheet resistance value, a difference was recognized depending on the presence or absence of the alkali barrier layer even when the film thickness of the transparent conductive film was the same.
上記のように透明導電膜の膜厚は、薄膜太陽電池の性能に影響を及ぼす重要なファクターである。そのため、基板上に成膜される透明導電膜の膜厚は均一であることが望ましい。 As described above, the film thickness of the transparent conductive film is an important factor affecting the performance of the thin film solar cell. Therefore, it is desirable that the film thickness of the transparent conductive film formed on the substrate is uniform.
以下、本発明の実施形態1に係る成膜装置について説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。本実施形態においては、薄膜太陽電池などに用いられる透明導電膜の成膜を例に説明するが、本発明は様々な膜の成膜に応用可能である。
Hereinafter, the film forming apparatus according to
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る成膜装置の構成を示す側面図である。図2は、本実施形態に係る成膜装置に含まれる成膜室の構成を示す断面図である。図3は、図2の成膜室を矢印III方向から見た図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a side view showing a configuration of a film forming apparatus according to
図1に示すように、本発明の実施形態1に係る成膜装置10は、基板200が投入される投入部11と、基板200が予熱される予熱部12と、基板200が成膜処理される成膜部13と、基板200が冷却される徐冷部14と、基板200が取り出される取出し部15とを有している。
As shown in FIG. 1, a
図1から3に示すように、成膜装置10は、基板200を搬送経路に沿って搬送する搬送手段である搬送コンベア110を備える。搬送コンベア110は、投入部11、予熱部12、成膜部13、徐冷部14および取出し部15に亘って設けられている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
搬送コンベア110は、基板200が載置される搬送ベルト111と、搬送ベルト111が巻き掛けられたプーリ112と、プーリ112を駆動させる駆動軸113と、駆動軸113に動力を付与する図示しないモータとから構成されている。搬送ベルト111は、耐熱性を有する金属または樹脂から形成されている。
The
基板200は、搬送コンベア110により矢印114で示す方向に搬送される。すなわち、本実施形態に係る成膜装置10においては、基板200の搬送経路は平面視において直線状である。ただし、搬送経路は直線状に限られず、搬送経路が平面視において屈曲していてもよいし、曲線状であってもよい。
The
また、成膜装置10は、搬送経路中に並ぶように位置する複数の成膜室100(100a,100b,100c,100d)を備える。具体的には、基板200の搬送方向の上流側から順に、成膜室100a、成膜室100b、成膜室100c、成膜室100dが設けられている。本実施形態においては、4つの成膜室100(100a,100b,100c,100d)が設けられているが、複数の成膜室100が設けられていればよい。
The
さらに、成膜装置10は、複数の成膜室100のうち隣接する成膜室同士を繋ぐように搬送経路に沿ってトンネル状に位置し、複数の成膜室100を順次通過する基板200を取り囲んで加熱する加熱炉120を備える。図3に示すように、筐体150の下部が、加熱炉120に覆われている。
Further, the
トンネル状の加熱炉120の上部に開口が設けられ、その開口内に筐体150が組み込まれている。加熱炉120は、4つの成膜室100(100a,100b,100c,100d)に亘って設けられている。加熱炉120は、基板200を予熱するために、基板200の搬送方向の上流側に位置する成膜室100aより上流側から設けられている。すなわち、加熱炉120は、予熱部12および成膜部13に亘って設けられている。
An opening is provided in the upper part of the tunnel-shaped
基板200は、搬送コンベア110により加熱炉120内を搬送されつつ加熱される。基板200に成膜する際には、加熱炉120内は、ほぼ同一の温度、たとえば550℃に維持されている。
The
本実施形態に係る成膜室100においては、微粒子化した成膜材料160を基板200上に堆積させて成膜する。図2に示すように、成膜室100には、筐体150と、筐体150の内部に成膜材料160を微粒子化したミストを噴霧する噴霧機構とが設けられている。
In the
筐体150は、側壁の1つに、ミストを排気するための排気口152を有している。図1に示すように、排気口152には、接続管310の一端が接続されている。接続管310の他端は、排気されたミストを無害化処理する除害装置300に、接続管310を開閉するバルブ320を介して接続されている。除害装置300は、排気手段であるポンプを含む。バルブ320が開いた状態でポンプが駆動することにより、排気口152から接続管310を通じて、成膜室100の内部が排気される。
The
図1,2に示すように、成膜室100は、ミストを基板200上に送るためのキャリアガス170を導入するために筐体の1つの側壁に位置する導入口151を有している。導入口151には、送風管340の一端が接続されている。送風管340の他端は、送風管340を開閉するバルブ350を介して送風機330に接続されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、筐体150は、筐体150内を3つの空間に分割する仕切壁154を有している。第1の空間は、噴霧機構の一部が配置される噴霧機構配置空間158である。第2の空間は、噴霧機構からミストが噴霧されるミスト噴霧空間159である。第3の空間は、排気口152と繋がっている排気空間153である。
The
筐体150は、ミスト噴霧空間159からミストを基板200上に流動可能とする、基板200と対向する開放部を有している。開放部は、筐体150の下部に形成されている。図1,3に示すように、開放部は、加熱炉120内に位置している。
The
搬送コンベア110により搬送されている基板200と筐体150の開放部との間には、所定の間隙が設けられている。導入口151が位置する側の側壁と基板200との間には、間隙156が設けられている。排気口152が位置する側の側壁と基板200との間には、間隙157が設けられている。
A predetermined gap is provided between the
噴霧機構は、成膜材料160を圧縮空気により微粒子化して噴霧するスプレーノズル130からなる。噴霧機構は、ミストを噴霧する噴霧口を有する。具体的には、図示しないコンプレッサーからの圧縮空気により、タンク140に貯溜されている成膜材料160の溶液を加圧して通路141を通過させ、スプレーノズル130の噴霧口131から微粒子化したミストを噴霧する。筐体150には、スプレーノズル130の位置に対応して開口155が形成されている。
The spray mechanism includes a
スプレーノズル130は、成膜材料160の溶液と圧縮空気との2流体を混合したミストを噴霧する2流体スプレーノズルである。ここで、ミストとは、平均粒子経が0.1μm以上100μm以下の液滴が気体中に分散された状態のものをいう。ミストの平均粒子径は、液浸法によって算出された値とする。
The
ただし、噴霧機構はスプレーノズル130に限られず、超音波を用いてミストを発生させるものでもよい。超音波振動子によってミストを発生させる場合、スプレーノズル130によりミストを発生させる場合に比べて、ミストの平均粒子径を均一にできるため、発生させたミスト同士が基板200に到達する前に凝集することを抑制できる。
However, the spray mechanism is not limited to the
図3に示すように、複数のスプレーノズル130の噴霧口131は、平面視において、筐体150内で基板200と対向して互いに間隔を置いて基板200の搬送方向と直交する方向に並んでいる。図3においては、ピッチLpで3つのスプレーノズル130を配置しているが、スプレーノズル130の数は3つに限られず1つ以上であればよい。また、複数のスプレーノズル130が配置される方向は、基板200の搬送方向と直交する方向に限られず、基板200の搬送方向と交差する方向であればよい。
As shown in FIG. 3, the
設けられるスプレーノズル130の数は、基板200の成膜処理の所望のタクトタイムを満たすために必要な単位時間当たりのミストの噴霧量、または、成膜処理を行なううえで必要な成膜速度に応じて適宜変更される。
The number of
スプレーノズル130の噴霧口と基板200の上面との間の距離Lhに対して加熱炉120の上端と基板200との間の距離はLh/4に設定されている。
The distance between the upper end of the
なお、後述する導入口151から導入されるキャリアガス170の一部は、スプレーノズル130を冷却するためにスプレーノズル130に対して送られる。スプレーノズル130にキャリアガス170を送るために、スプレーノズル130の近傍に図示しない冷却ファンが配置されている。
A part of the
スプレーノズル130は、冷却ファンにより空冷される。さらに、スプレーノズル130の近傍に、図示しない水冷用の冷却管が設けられている。冷却管内を冷却水が循環することによりスプレーノズル130が水冷される。
The
このように、スプレーノズル130の近傍を冷却することにより、スプレーノズル130から噴き付けられる前の成膜材料160の溶液が沸点以下の温度まで冷却される。より好ましくは、成膜材料160の溶液が室温程度まで冷却される。
In this way, by cooling the vicinity of the
この冷却により、成膜材料160の溶液中の溶媒がスプレーノズル130内において揮発することを抑制できるため、噴き付けられる成膜材料160の溶液の濃度を一定に保つことができる。また、スプレーノズル130内において成膜材料160の溶液中の溶媒が揮発することによる成膜材料160の固化を抑制できる。
By this cooling, since the solvent in the solution of the
その結果、一定の濃度の成膜材料160を用いて成膜できるため、基板200上に成膜される膜の品質を安定させることができる。また、固化した成膜材料160によるスプレーノズル130の目詰まりを抑制することができる。
As a result, since the film can be formed using the
成膜材料160の溶液としては、亜鉛、スズ、インジウム、カドミウムおよびストロンチウムからなる群より選択される無機材料の塩化物を、溶媒に溶解させた溶液を用いることができる。溶媒としては、水、メタノール、エタノールおよびブタノールなどを用いることができる。このような成膜材料160の溶液としては、たとえば、酢酸亜鉛を含む水溶液、酸化インジウム錫を含む水溶液および酸化錫を含む水溶液などを用いることができる。
As a solution of the
ただし、成膜材料160の溶液としてはこれに限られず、種々の溶液を用いることができる。成膜材料160の溶液の濃度は特に限定されないが、たとえば、0.1mol/L以上3mol/L以下の濃度である。
However, the solution of the
ここで、筐体150内におけるガスの流動経路について説明する。まず、バルブ350が開かれて送風機330から送風された、たとえば圧縮空気からなるキャリアガス170が導入口151から筐体150のミスト噴霧空間159内に導入される。ミスト噴霧空間159内に導入されたキャリアガス170は、矢印171で示す向きに流動する。キャリアガス170としては、たとえば、窒素、酸素、水素およびこれらの混合ガスを用いることができる。空気以外のキャリアガス170を用いる場合には、送風機330にキャリアガス供給ボンベが併設されている。
Here, the flow path of the gas in the
スプレーノズル130からミストが、矢印161で示す向きに噴霧領域162中に噴霧される。ミストとキャリアガス170とは、混合領域181において互いに混合される。その後、ミストは、矢印182で示す向きに流動して開放部に到達する。ミストは、開放部から基板200の主面上に噴き付けられる。ミストが基板200上に噴き付けられる領域を、噴き付け領域Xと称する。
Mist is sprayed from the
噴き付け領域Xに到達したミストは、基板200の主面に沿って流動する。具体的には、仕切壁154の一部であって基板200の主面と対向している対向面と、基板200の主面との間を矢印183で示す向きにミストが流動する。ミストが矢印183で示す向きに流動する領域を、流路領域Yと称する。
The mist that has reached the spray region X flows along the main surface of the
流路領域Yを通過したミストは、排気空間153内を矢印184で示す向きに流動する。このようにミストが基板の主面上から排気口152に向かう領域を、排気領域Zと称する。排気空間153内を通過して排気口152に到達したミストは、除害装置300により無害化されて排気ガス180として外部に放出される。このとき、図1に示すバルブ320が開かれている。なお、図2においては、除害装置300を図示していない。
The mist that has passed through the flow path region Y flows in the direction indicated by the
上記の噴き付け領域Xと流路領域Yと排気領域Zとから開放部が構成されている。ミストは、複数の成膜室100(100a,100b,100c,100d)の各々において、噴霧機構から開放部を通過して排気口152に向けて流動する。
The spray area X, the flow path area Y, and the exhaust area Z constitute an open portion. In each of the plurality of film forming chambers 100 (100a, 100b, 100c, 100d), the mist flows from the spray mechanism through the opening portion toward the
図1に示すように、成膜室100aにおいて、矢印400で示すようにミストが流動する。成膜室100bにおいて、矢印410で示すようにミストが流動する。成膜室100cにおいて、矢印420で示すようにミストが流動する。成膜室100dにおいて、矢印430で示すようにミストが流動する。
As shown in FIG. 1, mist flows in the
上記のようにミストが流動している状態で、開放部の近傍を基板200が通過することにより、基板200が成膜処理される。本実施形態の成膜装置10においては、開放部の近傍を基板200が通過するように搬送コンベア110が設けられている。
As described above, the
基板200は、搬送コンベア110により、複数の成膜室100(100a,100b,100c,100d)の各々において、噴き付け領域X、流路領域Yおよび排気領域Zを順に通過するように搬送される。基板200は、噴き付け領域X、流路領域Yおよび排気領域Zを通過する間に、主面上に成膜材料160の微粒子が堆積することにより成膜される。
The
たとえば、基板200には、アルカリバリア層としてSiO2膜、および、透明導電膜
としてTCO(Transparent Conductive Oxide)などの複数の膜が形成される。なお、アルカリバリア層は、基板200に含まれるアルカリ分による太陽電池の性能低下を防止するためのものである。そのため、基板200がアルカリ分を多く含まない材質からなる場合、アルカリバリア層を形成しなくてもよい。
For example, the
このように基板200上に異なる種類の膜を形成する場合は、複数の成膜室100(100a,100b,100c,100d)において、種々の成膜材料からなるミストが用いられる。たとえば、成膜室100aにおいてSiO2を成膜材料160とするミストを用い、成膜室100bにおいてSnO2を成膜材料160とするミストを用いる。
When different types of films are formed on the
そのため、複数の成膜室100(100a,100b,100c,100d)のいずれかにおける間隙157から加熱炉120内に流出したミストが、隣接する他の成膜室100における間隙156からその成膜室100内に混入して噴き付け領域Xに到達した場合、成膜される膜の品質が低下する。
Therefore, the mist that has flowed into the
そこで、本実施形態に係る成膜装置10においては、排気手段であるポンプの稼働により排気口152からの排気流量を、筐体150内への流入流量より大きくなるように設定している。その結果、筺体150内が負圧に保たれるため、スプレーノズル130から噴霧されて開放部を通過して排気口152に向けて流動するミストが、間隙157から加熱炉120内に流出することを抑制できる。
Therefore, in the
このようにすることにより、複数の成膜室100(100a,100b,100c,100d)の各々において、ミストの混入を抑制することができ、基板200上に連続して複数の高品質の膜を成膜できる。
By doing in this way, in each of the several film-forming chamber 100 (100a, 100b, 100c, 100d), mixing of mist can be suppressed and a several high quality film | membrane is continuously formed on the board |
より好ましくは、排気流量が、噴霧機構から噴霧されるミストの流量と導入口151から導入されるキャリアガス170の流量との合計流量の3倍以上10倍以下である。本実施形態においては、噴霧機構から噴霧されるミストの流量と導入口151から導入されるキャリアガス170の流量との合計流量を1m3/minとし、排気流量を4m3/minとしている。
More preferably, the exhaust gas flow rate is not less than 3 times and not more than 10 times the total flow rate of the flow rate of the mist sprayed from the spray mechanism and the flow rate of the
排気流量を上記合計流量の3倍より小さくすると、排気中のミストの比率が高くなり排気される気体の温度が高くなるため、接続管310および除害装置300に要求される耐熱性が高くなって好ましくない。排気流量を上記合計流量の10倍より大きくすると、排気手段であるポンプの容量が大きくなり好ましくない。
If the exhaust flow rate is made smaller than three times the total flow rate, the ratio of mist in the exhaust becomes high and the temperature of the exhausted gas becomes high, so that the heat resistance required for the connecting
排気流量を上記合計流量の3倍以上10倍以下にすることにより、成膜装置10をコンパクトにして装置コストを低減しつつ、基板200上に連続して高品質の膜を成膜できる。
By setting the exhaust flow rate to be 3 times or more and 10 times or less of the total flow rate, it is possible to continuously form a high-quality film on the
SnO2からなる透明導電膜を形成する場合には、加熱炉120内の温度は、450℃以上600℃以下であることが好ましく、520℃以上580℃以下であることがより好ましい。
When forming a transparent conductive film made of SnO 2 , the temperature in the
加熱炉120内の温度が450℃未満である場合、基板200上に付着したミストの乾燥時間が長くなることにより成膜レートが著しく低下する。一方、加熱炉120内の温度が600℃より高い場合、ミストの一部において基板200上に到達する前にミストに含まれる溶媒が揮発して成膜性能を失うことにより、基板200上に到達するミストの量が低下して成膜レートが著しく低下する。
When the temperature in the
上記の構成により発生したミストにより基板200上に均一な膜を形成するためには、ミストを基板200上の全体に到達させる必要がある。ここで、スプレーノズル130の噴霧領域について説明する。
In order to form a uniform film on the
図4は、本実施形態に係る成膜装置に用いたスプレーノズルの噴霧領域の外形を示す模式図である。図4に示すように、スプレーノズル130の噴霧領域162は、スプレーノズル130の噴霧口から距離Lh離れた地点において、楕円形状の外形を有している。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the outer shape of the spray region of the spray nozzle used in the film forming apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, the
具体的には、長径の長さがLW、短径の長さがLTである楕円形状を有している。すなわち、噴霧領域162は、長径に平行な長手方向と、短径に平行な短手方向とを有している。図4中の0点は、長径と短径との交点であって、スプレーノズル130の中心の鉛直方向における直下の位置である。
Specifically, the length of the major axis has a L W, elliptical length of the minor axis is L T. That is, the
図5は、本実施形態に係るスプレーノズルの噴霧領域の長手方向における相対噴付強度を示すグラフである。図6は、本実施形態に係るスプレーノズルの噴霧領域の短手方向における相対噴付強度を示すグラフである。 FIG. 5 is a graph showing the relative spray strength in the longitudinal direction of the spray region of the spray nozzle according to the present embodiment. FIG. 6 is a graph showing the relative spray strength in the short direction of the spray region of the spray nozzle according to the present embodiment.
図5においては、縦軸に相対噴付強度(%)、横軸に噴霧領域の長手方向における0点からの位置(mm)を示している。図6においては、縦軸に相対噴付強度(%)、横軸に噴霧領域の短手方向における0点からの位置(mm)を示している。 In FIG. 5, the vertical axis represents the relative spray strength (%), and the horizontal axis represents the position (mm) from the zero point in the longitudinal direction of the spray region. In FIG. 6, the vertical axis represents the relative spray strength (%), and the horizontal axis represents the position (mm) from the zero point in the short direction of the spray region.
図5に示すように、Lh=300mmの地点においては、スプレーノズル130の噴霧領域162の長手方向における相対噴付強度は、0点から離れるに従って上昇して100%になった後、さらに0点から離れるに従って下降して0%になっている。
As shown in FIG. 5, at the point where L h = 300 mm, the relative spray strength in the longitudinal direction of the
図6に示すように、Lh=300mmの地点においては、スプレーノズル130の噴霧領域162の短手方向における相対噴付強度は、0点において100%であり、0点から離れるに従って下降して0%になっている。
As shown in FIG. 6, at the point where L h = 300 mm, the relative spray strength in the short direction of the
このように、噴霧領域162内において、スプレーノズル130の中心の直下より端部の方がミストの噴付強度が弱くなる。この傾向は、複数のスプレーノズル130を設けた場合にも同様である。
Thus, in the
図7は、ピッチを100mmとして11ヶのスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。図8は、ピッチを120mmとして9ヶのスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。図9は、ピッチを150mmとして8ヶのスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。 FIG. 7 is a graph showing the comparative spraying strength in the longitudinal direction of the spray region when 11 spray nozzles are arranged so that the longitudinal direction of each spray region is in a line with a pitch of 100 mm. FIG. 8 is a graph showing comparative spray strength in the longitudinal direction of the spray area when nine spray nozzles are arranged with a pitch of 120 mm so that the longitudinal direction of each spray area is aligned. FIG. 9 is a graph showing the comparative spraying strength in the longitudinal direction of the spray region when the pitch is 150 mm and eight spray nozzles are arranged so that the longitudinal direction of each spray region is in a line.
図7〜9においては、縦軸に比較噴付強度(%)、横軸に、一列に配置された噴霧領域の長手方向における0点からの位置(mm)を示している。なお、比較噴付強度(%)は、上記の1ヶのスプレーノズルの相対噴付強度の最大値を100%として、複数のスプレーノズルを各ピッチで配置したときの噴付強度を示している。 7 to 9, the vertical axis represents the comparative spraying intensity (%), and the horizontal axis represents the position (mm) from the zero point in the longitudinal direction of the spray region arranged in a line. The comparative spray strength (%) indicates the spray strength when a plurality of spray nozzles are arranged at each pitch, with the maximum value of the relative spray strength of one spray nozzle as 100%. .
図7〜9に示すように、Lh=300mmの地点においては、ピッチを120mmとしてスプレーノズルを配置した場合に、噴霧領域の長手方向における比較噴付強度が比較的均一になっていた。このようにスプレーノズル130のピッチを適宜調節して基板200上へのミストの噴き付け強度を均一にすることにより、基板200上に均一な膜厚の膜を成膜することができる。
As shown in FIGS. 7 to 9, at the point where L h = 300 mm, when the spray nozzle was arranged with a pitch of 120 mm, the comparative spraying strength in the longitudinal direction of the spray region was relatively uniform. Thus, by uniformly adjusting the pitch of the
以下、本発明の実施形態2に係る成膜装置について説明する。なお、本実施形態に係る成膜装置は、送風機構を備える点のみ実施形態1に係る成膜装置10と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
Hereinafter, a film forming apparatus according to Embodiment 2 of the present invention will be described. In addition, since the film-forming apparatus which concerns on this embodiment differs from the film-forming
(実施形態2)
図10は、本発明の実施形態2に係る成膜装置の噴霧機構および送風機構の構成を示す断面図である。図11は、図10の噴霧機構および送風機構を矢印XI方向から見た図である。
(Embodiment 2)
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of the spray mechanism and the air blowing mechanism of the film forming apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 11 is a view of the spray mechanism and the air blowing mechanism of FIG. 10 as seen from the direction of the arrow XI.
図10に示すように、本発明の実施形態2に係る成膜装置においては、成膜室100は、噴霧機構から噴霧されたミストを、平面視において基板200の搬送方向と直交する方向における基板200の端部に向かわせる送風機構をさらに有する。ただし、送風機構がミストを向かわせる基板200上の位置は、基板200の搬送方向と直交する方向における端部に限られず、複数のスプレーノズル130が位置する、平面視において基板200の搬送方向と交差する上記方向における端部であればよい。
As shown in FIG. 10, in the film forming apparatus according to Embodiment 2 of the present invention, the
本実施形態においては、送風機構は補完ガスとして圧縮空気を噴出するエアーノズル190からなる。エアーノズル190は、複数の噴出口191を有する。エアーノズル190の噴出口191は、基板200と対向し、かつ、平面視において複数のスプレーノズル130のうちの少なくとも1つのスプレーノズル130の噴霧口131の周囲に位置する。
In the present embodiment, the blower mechanism includes an
本実施形態に係る成膜装置は、2つのエアーノズル190を備えている。2つのエアーノズル190の各々の噴出口191は、各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置された複数のスプレーノズル130のうちの両端に位置するスプレーノズル130の噴霧口131の周囲に配置されている。そのため、両端に位置するスプレーノズル130の噴霧口131から噴出されたミストが、エアーノズル190の噴出口191から基板200の端部に向けて噴出された圧縮空気により加速されて送られる。
The film forming apparatus according to the present embodiment includes two
すなわち、2つのエアーノズル190は、複数のスプレーノズル130から噴霧された成膜材料160を基板200上に分布を補正して到達させる。本実施形態においては送風機構にエアーノズル190を用いたが、送風機構は基板200にミストを向かわせることができればよく、たとえば、キャリアガスを噴出するノズルでもよい。また、エアーノズル190の数は2つに限られず、1つ以上設けられていればよい。
That is, the two
エアーノズル190を設けた場合の効果を確認した。ピッチLpを120mmとして10ヶのスプレーノズル130を各々の噴霧領域162の長手方向が一列になるように配置して、開放部を1200mmとした。
The effect when the
図12は、一列に配置された噴霧領域の長手方向におけるミストの到達量の分布を示すグラフである。図12においては、縦軸に基板200上へのミストの到達量(cc/min)、横軸に、1列に配置された噴霧領域の長手方向における中心からの位置(mm)を示している。 FIG. 12 is a graph showing the distribution of the amount of mist reached in the longitudinal direction of the spray regions arranged in a line. In FIG. 12, the vertical axis indicates the amount of mist that reaches the substrate 200 (cc / min), and the horizontal axis indicates the position (mm) from the center in the longitudinal direction of the spray regions arranged in one row. .
図12に示すように、エアーノズル190から30L/minまたは40L/minの流量で圧縮空気を噴出させた場合、基板200の端部に到達するミストの量が増加していることが確認された。
As shown in FIG. 12, when compressed air was ejected from the
図13は、搬送方向に直交する方向における基板のシート抵抗値の分布を示すグラフである。図13においては、縦軸にシート抵抗値(Ω/□)、横軸に搬送方向に直交する方向における基板の中心からの位置(mm)を示している。また、補完ガス流量が30L/minである場合を実線で、補完ガスを流していない場合を点線で示している。 FIG. 13 is a graph showing the distribution of the sheet resistance value of the substrate in the direction orthogonal to the transport direction. In FIG. 13, the vertical axis indicates the sheet resistance value (Ω / □), and the horizontal axis indicates the position (mm) from the center of the substrate in the direction orthogonal to the conveyance direction. Further, the case where the complementary gas flow rate is 30 L / min is indicated by a solid line, and the case where no complementary gas is flowing is indicated by a dotted line.
図13に示すように、エアーノズル190を設けていない場合は、基板200の端部におけるシート抵抗値が著しく増加している。これは、基板200の端部に十分な膜厚の薄膜が形成されていないことによる。
As shown in FIG. 13, when the
一方、補完ガスとしてエアーノズル190から圧縮空気を噴出させた場合は、基板200の端部におけるシート抵抗値の増加が抑制されている。基板200の全体において、太陽電池として使用可能な透明導電膜が均一な膜厚で形成されていることが確認された。
On the other hand, when compressed air is ejected from the
なお、本実施形態においては、エアーノズル190の噴出口191を両端に配置されたスプレーノズル130の噴霧口131の周囲のみに配置したが、エアーノズル190の噴出口191の配置はこれに限られず、たとえば、全てのスプレーノズル130の噴霧口131の周囲に配置してもよい。その場合、両端に配置されたスプレーノズル130の噴霧口131の周囲に配置されたエアーノズル190の噴出口191からの噴出量を他のエアーノズル190の噴出口191からの噴出量より多くすることにより、基板200上に均一な膜厚の薄膜を形成することができる。
In the present embodiment, the
本実施形態においては、エアーノズル190の噴出口191から圧縮空気を噴出させているため、実施形態1に係る成膜装置10の排気流量に比較して、エアーノズル190からの噴出流量の3倍以上10倍以下の範囲で排気流量が高く設定されている。このようにすることにより、筐体150内を負圧に維持して、複数の成膜室100の各々においてミストの混入を抑制することができるため、基板200上に均一な膜厚の複数の膜を連続して高品質に成膜することができる。
In the present embodiment, since compressed air is ejected from the
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be thought that embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
10 成膜装置、11 投入部、12 予熱部、13 成膜部、14 徐冷部、15 取出し部、100,100a,100b,100c,100d 成膜室、110 搬送コンベア、111 搬送ベルト、112 プーリ、113 駆動軸、120 加熱炉、130 スプレーノズル、131 噴霧口、140 タンク、141 通路、150 筐体、151 導入口、152 排気口、153 排気空間、154 仕切壁、155 開口、156,157 間隙、158 噴霧機構配置空間、159 ミスト噴霧空間、160 成膜材料、162 噴霧領域、170 キャリアガス、180 排気ガス、181 混合領域、190 エアーノズル、191 噴出口、200 基板、300 除害装置、310 接続管、320,350 バルブ、330 送風機、340 送風管、X 噴き付け領域、Y 流路領域、Z 排気領域。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記搬送経路中に並ぶように位置する複数の成膜室と、
前記複数の成膜室のうち隣接する成膜室同士を繋ぐように前記搬送経路に沿ってトンネル状に位置し、前記複数の成膜室を順次通過する基板を取り囲んで加熱する加熱炉と、
前記複数の成膜室の各々の内部を排気する排気手段と
を備え、
前記複数の成膜室の各々は、筐体と、該筐体内に成膜材料を微粒子化したミストを噴霧する噴霧機構とを有し、
前記筐体は、1つの側壁に位置して前記排気手段と接続される排気口を有し、かつ、前記複数の成膜室を順次通過する基板と対向する開放部を前記加熱炉内に有し、
前記ミストは、前記複数の成膜室の各々において、前記噴霧機構から前記開放部を通過して前記排気口に向けて流動し、
前記排気手段による前記排気口からの排気流量は、前記筐体内への流入流量より大きく、
前記噴霧機構は、前記ミストを噴霧する噴霧口を各々有する複数のスプレーノズルからなり、
前記複数のスプレーノズルの各々の前記噴霧口は、前記基板と対向し、かつ、平面視において前記基板の搬送方向と交差する方向に互いに間隔を置いて位置し、
前記成膜室は、前記噴霧機構から噴霧された前記ミストを、平面視において前記基板の搬送方向と交差する前記方向における前記基板の端部に向かわせる送風機構をさらに有する、成膜装置。 Transport means for transporting the substrate along the transport path;
A plurality of film forming chambers positioned so as to line up in the transfer path;
A heating furnace that is positioned in a tunnel shape along the transfer path so as to connect adjacent film forming chambers among the plurality of film forming chambers, and surrounds and heats a substrate that sequentially passes through the plurality of film forming chambers;
An exhaust means for exhausting the inside of each of the plurality of film forming chambers,
Each of the plurality of film forming chambers includes a casing and a spray mechanism that sprays mist obtained by forming a film forming material into fine particles in the casing.
The housing has an exhaust port located on one side wall and connected to the exhaust means, and has an open portion in the heating furnace facing the substrate that sequentially passes through the plurality of film forming chambers. And
The mist flows from the spray mechanism through the opening to the exhaust port in each of the plurality of film formation chambers,
The exhaust flow from the exhaust port by the exhaust means is much larger than the inlet flow into the housing,
The spray mechanism comprises a plurality of spray nozzles each having a spray port for spraying the mist,
The spray ports of each of the plurality of spray nozzles are opposed to the substrate and are spaced apart from each other in a direction intersecting the transport direction of the substrate in plan view,
The film formation chamber further includes a blower mechanism that directs the mist sprayed from the spray mechanism toward an end portion of the substrate in the direction intersecting the transport direction of the substrate in a plan view .
前記排気流量が、前記噴霧機構から噴霧される前記ミストの流量と前記導入口から導入される前記キャリアガスの流量との合計流量の3倍以上10倍以下である、請求項1に記載の成膜装置。 Each of the plurality of film forming chambers further includes an introduction port located on one side wall of the housing for introducing a carrier gas for sending the mist onto the substrate,
2. The composition according to claim 1, wherein the exhaust flow rate is not less than 3 times and not more than 10 times the total flow rate of the flow rate of the mist sprayed from the spray mechanism and the flow rate of the carrier gas introduced from the introduction port. Membrane device.
前記複数の噴出口は、前記基板と対向し、かつ、平面視において前記複数のスプレーノズルのうちの両端に位置するスプレーノズルの前記噴霧口の周囲に位置する、請求項1に記載の成膜装置。 The air blowing mechanism is composed of an air nozzle having a plurality of jet ports for jetting compressed air,
2. The film formation according to claim 1 , wherein the plurality of ejection ports are positioned around the spray ports of spray nozzles that face the substrate and are located at both ends of the plurality of spray nozzles in a plan view. apparatus.
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